KR102345439B1 - 롤투롤 노광 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 롤투롤 시스템에서 플렉서블 적층 회로 기재 상에 구비되는 작업 대상물의 위치와 자세를 정확하게 계측하기 위한 기준 마크 어레이를 구비하고 정렬계를 적용하는 롤투롤 노광 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템은, 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재를 진행시키는 복수의 롤, 상기 롤의 외주에 이격 배치되는 정렬계, 및 상기 정렬계의 일측에서 상기 롤의 외주에 이격 배치되는 노광장치를 포함하며, 상기 복수의 롤 중 하나는 기준 마크 어레이를 표면에 구비한다.

Description

롤투롤 노광 시스템 {ROLL TO ROLL LIGHT EXPOSURE SYSTEM}
본 발명은 롤투롤 노광 시스템에 관한 것으로서, 고정세 패턴의 플렉서블 적층 회로 기재(Flexible Multilayered Circuit Film)를 제작하는 롤투롤 노광 시스템에 관한 것이다.
미국특허 8486593에 롤투롤 디지털 노광 시스템이 개시되어 있다. 롤투롤 디지털 노광 시스템은 롤에 플렉서블 기재를 통과시키거나, 복수의 롤에 의하여 구동되는 비탄성 벨트나 컨베이어에 플렉서블 기재를 통과시키면서 영상 계측 장치와 노광장치를 적용하여 플렉서블 기재를 패터닝 한다.
롤투롤 시스템에서 오버레이(Overlay) 오류는 스트레인 바이어스(strain bias), 물이나 솔벤트의 흡습, 플렉서블 기재의 텐션 및 열이역에 의하여 플렉서블 기재가 왜곡(distortion)됨으로써 유발될 수 있다.
롤투롤 디지털 노광 시스템은 상기 원인으로 유발된 플렉서블 기재의 왜곡을 감지하여 노광장치의 스팟 빔의 온/오프를 제어하여 오버레이를 최소화 하고 있다.
즉 영상 계측 장치는 플렉서블 기재의 전(前) 레이어에서 형성된 다수의 마크 위치를 읽고, 컴퓨터 시스템은 영상 계측 장치에서 읽어 들인 마크 위치를 기준 마크 위치와 비교하여 플렉서블 기재의 왜곡 정도를 파악하며, 이를 기반으로 왜곡 보정된 알고리즘을 적용하여 노광장치가 후속 레이어를 패터닝 한다.
롤투롤 디지털 노광 시스템은 롤투롤 시스템에서 노광장치를 이용하여 패터닝 시에 오버레이를 최소화 하기 위하여, 롤투롤 시스템에서 노광장치와 정렬계(Alignment Scope Unit(ASU))의 위치에 대하여 언급하고 있다.
실제 적층 구조를 가진 디바이스(적층 회로 기재)를 제작하려면 오버레이 기능이 필요하며, 이때 정렬계의 위치와 작업 대상물의 위치와 자세를 계측하기 위한 기준 마크 어레이(Mark Array)가 필요하다.
또한 이축 정열 시스템(Off-axis alignment system)에서는 광기계적 이동(Optomechanical drift)이 발생하게 된다. 광기계적 이동은 정열계와 노광 위치(노광장치에서의 빔 스팟의 위치)의 거리인 베이스 라인이 변화하게 되어 오버레이 기능을 악화시킨다. 이동 성분을 주기적으로 계측하기 위해서 정렬계의 위치가 정확하게 정의되어야 한다.
본 발명은 롤투롤 시스템에서 플렉서블 적층 회로 기재 상에 구비되는 작업 대상물의 위치와 자세를 정확하게 계측하기 위한 기준 마크 어레이를 구비하고 정렬계를 적용하는 롤투롤 노광 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템은, 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재를 진행시키는 복수의 롤, 상기 롤의 외주에 이격 배치되는 정렬계, 및 상기 정렬계의 일측에서 상기 롤의 외주에 이격 배치되는 노광장치를 포함하며, 상기 복수의 롤 중 하나는 기준 마크 어레이를 표면에 구비한다.
상기 롤은 회전 방향의 자유도를 가지고, 상기 정렬계는 상기 롤의 길이 방향 및 상기 회전 방향의 자유도를 가질 수 있다.
상기 정렬계는 복수로 구비되어 상기 롤의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 기준 마크 어레이는 상기 롤의 표면에 기준 마크들을 조각하거나 부착하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템은, 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재를 진행시키는 2개의 롤, 상기 2개의 롤 사이에 배치되어 상기 플렉서블 적층 회로 기재를 고정 지지하는 테이블, 상기 테이블 상에 이격 배치되는 정렬계, 및 상기 정렬계의 일측에서 상기 롤의 외주에 이격 배치되는 노광장치를 포함하며, 상기 테이블은 기준 마크 어레이를 표면에 구비한다.
상기 기준 마크 어레이는 상기 테이블의 표면에 기준 마크들을 조각하거나 부착하여 형성될 수 있다.
상기 테이블은 상기 플렉서블 적층 회로 기재의 폭 방향(x축 방향)과 상기 플렉서블적층 회로 기판의 진행 방향(y축 방향)에서 자유도를 가지고, 상기 정렬계는 상기 폭 방향(x축 방향)과 진행 방향(y축 방향)의 자유도를 가질 수 있다.
상기 테이블의 y축 방향의 자유도를 위하여, 상기 롤은 상기 테이블과 동기화 움직이며, 상기 테이블의 y축 방향의 스트로크(Yst)는 Yst=rθ2(여기서 r은 롤의 반경이고, θ2는 롤의 회전 각도이다) 일 수 있다.
상기 테이블의 x축 방향의 자유도를 위하여, 상기 롤은 상기 테이블과 동기화 움직이며, x축 방향의 자유도를 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 플렉서블 적층 회로 기재를 이송하는 복수의 롤(또는 롤들 사이에 구비되는 테이블)에 기준 마크 어레이를 구비하여, 롤(또는 테이블) 상에서 정렬계의 위치와 자세를 먼저 계측하고, 롤(또는 테이블)에 대한 플렉서블 적층 회로 기재 상의 작업 대상물의 위치와 자세를 계측하므로 향후 노광장치로 정확한 노광을 실시할 수 있게 한다.
즉 정렬계를 이용하여 기준 마크 어레이의 위치를 계측하여 롤(또는 테이블)의 좌표계를 설정한 후, 기준 마크 어레이 중 임의의 기준 마크를 정렬계의 화상 영상의 중심에 위치하도록 롤(또는 테이블)을 이송시켜 정렬계의 위치를 먼저 구한다.
그리고 롤(또는 테이블) 상에서 플렉서블 적층 회로 기재 상의 작업 대상물의 화상 정보를 획득하여, 롤(또는 테이블)의 좌표계에 대한 작업 대상물의 위치와 자세를 계측한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 도 1의 롤에 구비된 기준 마크로 설정된 좌표계를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1의 롤투롤 노광 시스템에서 기준 마크를 이용하여 정렬계의 위치 좌표를 획득하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템의 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템의 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템(1)은 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재(S)를 진행시키는 복수의 롤(11, 12), 일측 롤(11)의 외주에 이격 배치되는 정렬계(20), 및 정렬계(20)의 일측에 배치되는 노광장치(30)를 포함한다.
롤(11)은 표면에 기준 마크 어레이(FMA)를 구비하고, 플렉서블 적층 회로 기재(S)를 진행시킴에 있어서 회전 방향(θ 방향)의 자유도를 가진다. 기준 마크 어레이(FMA)는 롤(11)에서 각 정렬계(20)의 위치 측정을 위한 복수 개의 기준 마크들(FM)을 포함한다. 플렉서블 적층 회로 기재(S)는 정열 마크(AM)를 구비한다.
기준 마크 어레이(FMA)는 각 정렬계(20)의 위치 좌표(구체적으로, 중심 좌표)를 취득하기 위해 정렬계(20)의 위치 측정을 위한 복수 개의 기준 마크(FM)를 어레이 형태로 롤(11)에 구비된다. 기준 마크 어레이(FMA)는 롤(11)의 표면에 조각하거나 별도의 부재를 부착하여 형성될 수 있다.
도 3은 도 1의 롤에 구비된 기준 마크로 설정된 좌표계를 도시한 평면도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 도 1의 롤(11)에 구비되는 기준 마크 어레이(FMA)는 롤(11)의 회전에 따라 진행되는 플렉서블 적층 회로 기재(S)에 대하여 도 3의 좌표로 도시될 수 있다. 즉 기준 마크 어레이(FMA)에는 복수 개의 기준 마크(FM)가 서로 일정한 간격을 가지면서 M(rows)×n(columns) 형태의 2차원 배열로 배치된다.
복수 개의 기준 마크(FM)는 각 정렬계(20)의 위치 좌표를 취득하기 위한 기준 마크(FM)로 사용된다. 이때, 기준 마크 어레이(FMA)에 2차원 배열로 새겨지는 복수 개의 기준 마크(FM)는 각 식별자(예를 들어, B-row와 3-column의 경우에는 B3의 식별자)를 가질 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 정렬계(20)는 작업 대상물을 구비하여 롤(11)로 진행되는 플렉서블 적층 회로 기재(S)의 위치와 자세를 계측하기 위하여 복수로 구비된다. 복수의 정렬계(20)는 롤(11)의 길이 방향(x축 방향)을 따라 배치된다.
정렬계(20)는 롤(11)의 일측에 이격 설치되어, 롤(11)의 길이 방향(x축 방향)과 회전 방향(θ 방향)의 자유도를 가진다. 노광장치(30)는 정렬된 상태에서 플렉서블 적층 회로 기재(S)를 노광할 수 있도록 정렬계(20)를 따라 롤(11)의 길이 방향(x축 방향)과 회전 방향(θ 방향)의 자유도를 가진다. 정렬계(20) 및 노광장치(30)의 자유도를 구현하는 구성은 다양하게 구성될 수 있고, 본 실시예에서는 생략되어 있다.
또한 제1실시예의 롤투롤 노광 시스템(1)은 제어부(미도시)를 더 포함하며, 제어부는 롤(11)을 제어하여 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재(S)를 진행시킨다.
또한 제어부는 기준 마크 어레이(FMA)에서 기준 마크(FM)의 위치를 계측하여 도 3의 좌표계를 설정한 후, 임의의 기준 마크(FM)가 정렬계(20)의 화상 영상(FOV; Field Of View) 내의 중심에 위치하도록 롤(11)을 이송시켜 정렬계(20)의 위치를 계측한다.
도 4는 도 1의 롤투롤 노광 시스템에서 기준 마크를 이용하여 정렬계의 위치 좌표를 획득하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 롤투롤 시스템에서 적층 구조를 가진 플렉서블 적층 회로 기재(S)를 제작하기 위해서는 플렉서블 적층 회로 기재(S) 상의 작업 대상물의 위치와 자세를 정확히 계측해야 한다. 일례를 들면, 현미경 광학계(Micro Scope System)로 이루어지는 정렬계(20)가 사용되어 작업 대상물의 위치와 자세를 계측한다.
이와 같이 정렬계(20)를 이용한 플렉스블 적층 회로 기재(S) 상의 작업 대상물의 계측에서는 정렬계(20)가 작업 대상물을 진행시키는 롤(11)에 대해서 정확하게 장착되어야 한다. 일반적으로 설비 제작 시, 가공오차 및 조립오차에 의해서 롤(11)의 축이 틀어져 있으므로 정렬계(20)의 위치와 자세를 먼저 계측할 필요가 있다.
즉 제어부는 플렉서블 적층 회로 기재(S)를 다루는 롤투롤 시스템에서 기준 마크 어레이(FMA)를 이용하여 롤(11)의 상부에서 정렬계(20)의 위치와 자세를 먼저 계측한다.
제어부는 롤(11)에 구비된 기준 마크 어레이(FMA)의 기준 마크(FM)를 이용하여, 각 정렬계(20)의 위치 좌표(명목상 위치(Pn))를 구하고, 임의의 기준 마크(FM)를 정렬계(20)의 화상 영상(FOV) 내의 중심에 위치하도록 롤(11)을 이송시켜서 정렬계(20)의 위치를 구한다(실제 위치(Pa)).
이어서 제어부는 위치와 자세가 계측된 정렬계(20)로 롤(11) 상의 작업 대상물에 대한 화상정보를 취득하여 롤(11)의 좌표계에 대한 플렉서블 적층 회로 기재(S) 상의 작업 대상물의 위치와 자세를 계측한다.
이와 같이, 롤(11) 상에 기준 마크 어레이(FMA)를 구비하여 롤(11) 상에서 정렬계(20)로 작업 대상물의 정렬 마크(AM)를 읽고 노광장치(30)로 노광하며, 이때, 플렉서블 적층 회로 기재(S)가 롤(11) 상에 위치하여 부착되어 있으므로 작업 대상물이 변형되지 않는다.
이하에서 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 롤투롤 노광 시스템의 사시도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2실시예의 롤투롤 노광 시스템(2)은 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재(S)를 진행시키는 2개의 롤(21, 22) 사이에 테이블(23)을 구비하고, 테이블(23) 상에 정렬계(20)와 노광장치(30)를 배치한다.
기준 마크 어레이(FMA)는 테이블(23)의 표면에 구비된다. 예를 들면, 기준 마크 어레이(FMA)는 테이블(23)의 표면에 조각하거나 별도의 부재를 부착하여 형성될 수 있다. 테이블(23)에 구비된 기준 마크 어레이(FMA)의 기준 마크(FM)도 도 3의 좌표계로 설정되어 정렬계(20)의 위치 좌표를 취득하기 위한 기준 마크(FM)로 사용될 수 있다.
테이블(23)은 플렉서블 적층 회로 기재(S)의 폭 방향(x축 방향)과 플렉서블 적층 회로 기재(S)의 진행 방향(y축 방향)에서 자유도를 가진다. 따라서 정렬계(20)는 테이블(23)의 상부에 이격 설치되어, 폭 방향(x측 방향)과 진행 방향(y축 방향)의 자유도를 가진다.
테이블(23)의 y축 방향의 자유도를 위하여, 롤(21, 22)은 테이블(23)과 동기화 움직인다. 테이블(23)의 y축 방향의 스트로크(Yst)는 Yst=rθ이다. 여기서 r은 롤(21)의 반경이고, θ2는 롤(21)의 회전 각도이다. 테이블(23)의 x축 방향의 자유도를 위하여, 롤(21, 22)은 테이블(23)과 동기화 움직이면서 x축 방향의 자유도를 가진다.
제어부는 기준 마크 어레이(FMA)에서 기준 마크(FM)의 위치를 계측하여 도 3의 좌표계를 설정한 후, 임의의 기준 마크(FM)가 정렬계(20)의 화상 영상(FOV) 내의 중심에 위치하도록 테이블(23)을 이송시켜 정렬계(20)의 위치를 계측한다.
제어부는 테이블(23)에 구비된 기준 마크 어레이(FMA)의 기준 마크(FM)를 이용하여, 각 정렬계(20)의 위치 좌표(명목상 위치(Pn))를 구하고, 임의의 기준 마크(FM)를 정렬계(20)의 화상 영상(FOV) 내의 중심에 위치하도록 테이블(23)을 이송시키고 정렬계(20)의 위치를 구한다(실제 위치(Pa)).
이어서 제어부는 위치와 자세가 계측된 정렬계(20)로 테이블(23) 상의 작업 대상물에 대한 화상정보를 취득하여 테이블(23)의 좌표계에 대한 플렉서블 적층 회로 기재(S) 상의 작업 대상물의 위치와 자세를 계측한다.
이와 같이, 테이블(23) 상에 기준 마크 어레이(FMA)를 구비하여 테이블(23) 상에서 정렬계(20)로 작업 대상물의 정렬 마크(AM)를 읽고 노광장치(30)로 노광하며, 이때, 플렉서블 적층 회로 기재(S)가 테이블(23) 상에 위치하여 부착되어 있으므로 작업 대상물이 변형되지 않는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 롤투롤 노광 시스템 11, 12, 21, 22: 롤
20: 정렬계 23: 테이블
30: 노광장치 AM: 정열 마크
FM: 기준 마크 FMA: 기준 마크 어레이
r: 롤의 반경 S: 플렉서블 적층 회로 기재
θ: 회전 방향 θ2: 롤의 회전 각도

Claims (9)

  1. 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재를 진행시키는 복수의 롤;
    상기 롤의 외주에 이격 배치되는 정렬계; 및
    상기 정렬계의 일측에서 상기 롤의 외주에 이격 배치되는 노광장치
    를 포함하며,
    상기 복수의 롤 중 하나는
    기준 마크 어레이를 표면에 구비하고,
    상기 기준 마크 어레이는 상기 플렉서블 적층 회로 기재와 중첩하도록 위치하는 롤투롤 노광 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 롤은
    회전 방향의 자유도를 가지고,
    상기 정렬계는
    상기 롤의 길이 방향 및 상기 회전 방향의 자유도를 가지는 롤투롤 노광 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정렬계는
    복수로 구비되어 상기 롤의 길이 방향을 따라 배치되는 롤투롤 노광 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 마크 어레이는
    상기 롤의 표면에 기준 마크들을 조각하거나 부착하여 형성되는 롤투롤 노광 시스템.
  5. 작업 대상물이 구비된 플렉서블 적층 회로 기재를 진행시키는 2개의 롤;
    상기 2개의 롤 사이에 배치되어 상기 플렉서블 적층 회로 기재를 고정 지지하는 테이블;
    상기 테이블 상에 이격 배치되는 정렬계; 및
    상기 정렬계의 일측에서 상기 롤의 외주에 이격 배치되는 노광장치
    를 포함하며,
    상기 테이블은
    기준 마크 어레이를 표면에 구비하고,
    상기 기준 마크 어레이는 상기 플렉서블 적층 회로 기재와 중첩하도록 위치하는 롤투롤 노광 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기준 마크 어레이는
    상기 테이블의 표면에 기준 마크들을 조각하거나 부착하여 형성되는 롤투롤 노광 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 테이블은
    상기 플렉서블 적층 회로 기재의 폭 방향(x축 방향)과 상기 플렉서블 적층 회로 기재의 진행 방향(y축 방향)에서 자유도를 가지고,
    상기 정렬계는
    상기 폭 방향(x축 방향)과 진행 방향(y축 방향)의 자유도를 가지는 롤투롤 노광 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 테이블의 y축 방향의 자유도를 위하여,
    상기 롤은 상기 테이블과 동기화 움직이며,
    상기 테이블의 y축 방향의 스트로크(Yst)는
    Yst=rθ2
    (여기서, r은 롤의 반경이고, θ2는 롤의 회전 각도이다)
    인 롤투롤 노광 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 테이블의 x축 방향의 자유도를 위하여,
    상기 롤은 상기 테이블과 동기화 움직이며,
    x축 방향의 자유도를 가지는 롤투롤 노광 시스템.
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